1、引言
发电厂采用翅片管式的空冷散热器，直接或间接用环境空气来冷凝汽轮机的排汽，称为发电厂空冷。发电厂空冷系统也称干冷系统，它是相对于常规发电厂的湿冷系统而言的。湿冷系统是把冷却塔内的循环水以“淋雨”方式与空气直接接触进行热交换，整个过程处于“湿”的状态：而空冷系统的循环水与空气是通过散热器间接进行热交换的，整个过程处于“干”的状态，所以空冷塔又称为干式冷却塔或干冷塔。
发电厂空冷技术是一种节水型的火电发电技术，与湿冷系统比较，具有冷源充足、节省冷却用水、减少环境污染和维护费用低廉的优点，一般空冷电站的耗水量仅为水冷电站的三分之一，因此，特别适合我国缺水而煤炭资源丰富的三北地区，尤其适合2×300lvIW和2×600MW的大型火力电站。国务院《国民经济和社会发展“十一五”规划任务分工》将大型空冷电站列为能源工业重点工程；国家发改委《关于燃煤电站项目规划和建设的有关要求的通知》明确要求，在煤炭资源丰富的地区，规划建设煤矿坑口或矿区电站项目；在北方缺水地区，新建、扩建电厂禁止取用地下水，严格控制使用地表水，原则上应建设大型空冷机组。
近些年来，随着空冷技术的日趋成熟及国内空冷器生产厂家的不断发晨壮大，空冷技术已逐渐成为新增火电厂主要采用的冷却技术，这为变频器在空冷系统中的应用带来了广阔的空间。
2空冷系统简介
2.1空冷系统分类
空冷系统一般分为两大类直接空冷系统和间接空冷系统，其中间接空冷系统又分为混合式空气冷却系统和表面式空气冷却系统。直接空冷系统是通过机械通风或自然通风的方式将汽轮机排汽直接用空气冷却；而间接空冷系统是将从汽轮机表面式凝汽器来的冷却水在冷却塔中得到冷却。相对于间接空冷系统，直接空冷系统因投资少、占地少、煤耗低及防冻过夏方式灵活可靠而居于领先地位，目前，全世界的空冷机组装机容量中，直接空冷机组约占60%，而间接空冷机组约占40%，且直接空冷所占比例上升趋势明显。
2.2直接空冷系统组成及特点
直接空冷系统建筑规模庞大，一般称为空冷岛，主要包括凝结水系统（凝结水箱）、真空疏水系统（包括疏水泵）、排气／抽气系统（水环泵单元）及空冷凝汽器(ACC)四套系统，通过DCS集散控制系统实现对这四套系统的自动检测、自动调节、顺序控制和自动�；さ茸远刂乒δ�，其流程如图表1所示，汽轮机排汽通过粗大的排汽管道送到室外的空冷凝汽器内，轴流冷却风机使空气流过散热器外表面，将排汽冷凝成水．凝结水再经泵送回汽轮机的网热系统。在直接空冷机组正常运行中，系统主要控制的项目是排汽压力和凝结水温度，在汽轮机安全运行允许范围内，根据机组的发电负荷（空冷凝汽器的热负荷）和空气温度，调整进入空冷凝汽器的空气流量（即调整风机转速）．使风机功率保持在最佳状态，风机将在最高转速和最底限速之间的范围内运行。在投入自动的情况下，汽轮机排汽压力控制器提供风机的正确转速控制。直接空冷系统是一个复杂的系统，关系到整个机组的安全稳定运行，而调整风机转速的变频器是系统中的重要部件。
2.3直接空冷通风系统
直接空冷系统散热目前均采用强制通风，为减少风机台数大型空冷机组宜采用大直径轴流风机，通常直径达9.14m或10. 36m，风机转速的控制可分为单速、双速及变频调速等多种类型，一般可根据工程条件选择任一种或几种优化组合方案。就目前国内外设计和运行经验而言，采用变频调速更有利于变工况运行，同时也可大大降低厂用电耗，并实现电机软起动，避免电网冲击，降低电机噪声和磨损，这有利于�；せ肪常档臀し延貌⒓蟮难映ち丝绽淦鞯氖褂檬倜�。国内电厂单台300Nll/V/600 ldW直接空冷机组轴流冷却风机典型配置如图表2所示。
轴流冷却风机一般在一个水平平面内布置，形成了庞大的轴流冷却风机群，电厂设有空冷器变频间，庞大的变频控制柜矩阵布置在空冷器变频间，变频控制柜通过硬接线和通讯与主DCS或空冷系统DCS相连接，DCS能根据不同的蒸汽负荷和环境温度控制风机启停及转速，使汽轮机的排汽压力保持恒定。
单台600Mw机组空冷凝汽器及轴流风机排列配置如图表3所示。
直接空冷系统实景图如图表4所示。
3、直接空冷系统对变频器的要求
3.1 一般要求
(1)由于轴流风机转动惯量大，变频器必须满足轴流风机的重载启动与运行要求，过载能力要高于一般风机应用水平，60s过电流能力要在120%以上。
(2)变频器要满足适应风机类变转矩负载的应用要求，其控制方式要采用V／F平方特性曲线，最好采用基于磁通矢量控制的节能控制模式，以实现负载较轻时自动调节励磁电流，从而降低功耗，提高效率，在最大范围内实现节能。
(3)由于轴流风机的转速控制要求在300/6～120%额定转速范围内调节，变频器必须具有较宽的频率输出范围，同时必须考虑变频器由于转速提高所引起的转矩损失，以及由于电机、齿轮箱、电缆及滤波器导致的功率损失，必要时可考虑放大一级选择变频器，以取得良好的过载能力、制动能力及过热能力。
(4)变频器必须要具备较宽的开关频率调整范围，并能够根据电机的运行状态自动调整，从而有效的降低电机噪音及温升。
(5)变频器必须具备较宽的电压波动范围，以满足电网电压跌落到电机额定电压80%左右时，仍能使轴流风机正常起动或运行，并且在电源电压瞬时掉电以及跌落5096的水平时仍能保证连续运行。
(6)变频器自身的EMC水平必须满足IEC/EN61800 -3的相关标准，包括EMC抗干扰性、传导和辐射式的ENIC电磁兼容性及电流谐波水平等。如变频器不满足上述标准必须加装相应附件。如为提高EhfC抗干扰性及传导和辐射式的EMC电磁兼容性必须在输入侧和输出侧加装EMc滤波器；为降低电流谐波水平必须使用直流电抗器或交流进线电抗器；为降低谐波对电机及长距离传输转矩损失的影响必须使用输出电抗器或DV/DT滤波器：为防止变频器EMC电磁干扰对周围设备及电机产生影响必须选择使用屏蔽电缆或变频专用电缆。
（”由于直接空冷系统变频器较为集中，电流谐波较大，因此要求变频系统必须满足国标GB/T14549 - 93-电能质量公用电网谐波标准。如不满足需考虑相应治理措施，如为变频器增设无源滤波器或采用有源滤波器综合治理案。
(8)为方便现场监视，要求变频器配备LCD中文显示面板。
(9)变频器必须要具有足够的输入输出接口，并支持至少一种主流工业现场总线协议，如Modbus，Canopen，Profibus DP，DeviceNet，EtherNet等，用于接受DCS系统或其他控制系统的指令，并反馈变频装置的主要状态信号及报警信号。
(10)变频器必须具有适合直接空冷风机控制的常用功能，如旋转负载捕捉、自动重起动、飞车起动及直流制动或回馈制动等。
(11)变频器必须具备齐全的�；すδ埽憾宰陨硪弑腹缺；ぁ⒐β试锒�、输入输出缺相、直流母线过压等自我保护措施；对电机要能提供过载、欠载，接地、过压、欠压、过热、缺相等�；�，并可与电机PTC热敏元件相连，实现直接的过热�；�，而不需要增加转换元件。
(12)变频器必须具备故障管理功能，当变频器出现如电机过热、电机缺相、0--20mA信号缺失、通讯丢失等故障时，能够选择不同的处理方式，如忽略、报警、�；虮３值�，在最大程度上保证负载或系统的运行安全。
3.2 控制要求
(1)变频器设计时要考虑风机的反向旋转，需要为正向和反向运行分别分配一个逻辑输入端子。
(2)变频器的操作面板安装在控制柜的柜门上，用于监视电机运行的相关参数，如电流、频率、转速及有功功率等，同时用于实现切换为本地面板控制功能，正向或反向运行、故障复位及频率调整等均通过操作面板进行。
(3)变频器控制柜设操作员控制及指示装置控制装置包括手自动切换开关、手动速度调整电位器、正向和反向运行、停止按钮，故障复位按钮等：指示装置包括电源指示、变频器正反转运行及故障指示等。
(4)控制柜与DCS或其他控制系统的接口：采用输入输出方式或通讯方式。采用输入输出方式时，变频器为上位系统提供变频器正反转运行及故障信号，2路0～20mA模拟量信号（用于显示电流及频率）；上位系统为变频器提供正反起停信号、故障复位信号、l路0—20mA模拟量信号（用于变频器频率给定及调整）；采用通讯方式时，变频器仅需要根据上位系统总线类型提供一个通讯接口，所有控制及状态监视均通过通讯完成，在通讯模式下需要为变频器提供独立的DC24V控制电源，保证通讯可靠。
(5)根据系统情况，可为每台变频器控制柜或一组变频器控制柜配置PLC控制器，实现本地控制或用于通讯管理。
(6)控制方式说明：变频系统具备三种控制模式——上位系统自动控制、控制柜手动控制、操作面板控制，在正常生产运行时，起停、运行调整均由上位系统完成；而调试或有意外情况时，切换到本地由柜门操作按钮或面板来控制。
3.3 变频器控制柜要求
(1)变频器控制柜柜体型号采用标准GGD柜或品牌柜改型，防护等级为IP23以上，柜门采取相应措施提高抗射频干扰能力，机柜要求满足由柜底或柜顶进线的要求。
(2)变频器控制柜设计时要考虑到变频器功率元件的散热问题，在柜体的下部设进风口，在柜体的上部设强制排风扇，风扇的流速要大于变频器自身的散热风扇的流速，另外，出风口需设法兰接口，以便于与配电室排风风道连接。
4、ATV61变频器在直接空冷风机上的应用解决方案
4.1产品简介
ATV61系列变频器是施耐德电气继ATV71之后，基于同一技术平台推出的针对于风机泵类负载应用的变转矩变频器，其功率范围从0. 75kw到1400kw，提供IP20、IP54防护等级的单机产品，90kw以一j：还提供IP23及IP54的整机机柜产品，广泛应用于工业及商业建筑领域的通风、供水及暖通空调等场合，ATV61有着较高的技术性能指标，如图表5所示。
4.2产品选型
为满足直接空冷系统对变频器的要求，ATV61的选型方案如下所示（以132KW电机为例）；
(1)选择IP20不带直流电抗器的单机产品，型号为ATV61HC13N4D，也可根据工程实际情况放大一级选用，以提高抗过载能力，型号为ATV61HC16N4D。
(2)配置交流进线电抗器选件，用于满足IEC/EN61800-3关于产品的谐波电流标准，选件型号为VW3 A4 560。
(3)配置电机电抗器，用于抑制输出侧DV/DT，减少变频器对地泄漏电流及改善输入到电机的电流波形，降低转矩损失及增大变频器的输出距离，选件型号为VW3 A5 105。
(4)选择屏蔽电缆或变频专用电缆，用于减少变频器对周围其他设备的电磁干扰。
(5)采用输入输由控制方式时，配置I/O扩展卡，满足模拟量输出及逻辑和继电器输出需求，选件型号为VW3 A3
202.
(6)采用通讯控制方式时，根据工程需要配置通讯接口类型，建议采用内置的CanOpen总线协议。
(7)其他均采用ATV61的标准酉己置方案，如A级EMC滤波器，中文显示面板等。
4.3应用方案祥解
4.3.1方案一：采用输入输出控制方式
该方案控制原理图如图表6所示。
4.3.2方案二：采用通讯控制方式
该方案控制原理图如图表7所示。
4.4调试软件
直接宅冷电厂大量应用变频器，这为设备的调试和维护工作带来了新的挑战，选择基于PC的变频器调试软件可以很好的解决这一问题。施耐德提供PowerSuite软件工具包用于ATV61变频器及其他电机控制设备的设置及调试工作。PowerSuite支持Modbus、Modbus TCP及Bluetooth等众多连接类型，并且除支持单个设备的点对点连接之外，还支持多个设备的多点连接，为设备调试和维护，以及远程监视和诊断提供了灵活的解决方案。
PowerSuite的应用功能如图表8所示。
PowerSuite的用户界面如图表9所示。
4.5 方案优势
ATV61变频器应用于直接空冷系统的主要优势如图表10所示。
五、结束语
ATV61是施耐德最新推出的专注于风机泵类应用的高性能变频器，完全胜任直接空冷系统对变频器的众多要求。无论采用传统的输入输出控制方式，还是采用基于通讯的控制方式，ATV61均能提供优异的解决方案，并保证系统运行可靠，值得在空冷电厂中广泛推广采用。
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